第2章 气体、固体和液体 水平测评-【金版教程】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册作业与测评word（人教版2019）

第二章　水平测评 本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分，满分100分，考试时间75分钟。 第Ⅰ卷(选择题，共50分) 一、选择题(本题共10小题，每小题5分，共50分。在每小题给出的四个选项中，第1～7题，只有一个选项符合题意；第8～10题，有多个选项符合题意，全部选对的得5分，选对而不全的得3分，错选或不选的得0分) 1．下列四幅图中有关固体和液体性质的描述，正确的是(　　) A．图甲中实验现象说明薄板材料是晶体 B．图乙中液体和管壁表现为不浸润 C．图丙中液晶显示器是利用液晶光学性质具有各向异性的特点制成的 D．图丁中水黾静止在水面上，说明其受到的表面张力等于重力 答案　C 解析　图甲中实验现象说明薄板材料的传热性能具有各向同性，则薄板材料可能是非晶体，可能是多晶体，也可能是传热具有各向同性的单晶体，A错误；图乙中液体和管壁表现为浸润，B错误；图丙中液晶显示器是利用液晶光学性质具有各向异性的特点制成的，C正确；表面张力与液体表面相切，图丁中水黾静止在水面上，说明其受到水面的支持力等于重力，D错误。 2．在光滑水平面上有一个内外壁都光滑的足够长的汽缸，汽缸内有一和汽缸质量相同的活塞，活塞密封一定质量的理想气体。现对汽缸施加一个水平向左的拉力F(如图甲所示)时，汽缸的加速度为a1，封闭气体的压强为p1，体积为V1；若用同样大小的力F水平向左推活塞(如图乙所示)，此时汽缸的加速度为a2，封闭气体的压强为p2，体积为V2。设密封气体的质量和温度均不变，则(　　) A．a1＝a2，p1<p2，V1>V2 B．a1<a2，p1>p2，V1<V2 C．a1＝a2，p1<p2，V1<V2 D．a1>a2，p1>p2，V1>V2 答案　A 解析　设汽缸和活塞的质量均为m。甲图中，根据牛顿第二定律，对活塞和汽缸组成的系统有F＝2ma1，对活塞有p0S－p1S＝ma1；乙图中，根据牛顿第二定律，对活塞和汽缸组成的系统有F＝2ma2，对汽缸有p2S－p0S＝ma2；对比可知，a1＝a2，p1<p2。根据玻意耳定律有p1V1＝p2V2，可知V1>V2。故A正确。 3.小明同学设计了一种测温装置，用于测量教室内的气温(教室内的气压为一个标准大气压，相当于76 cm汞柱产生的压强)，结构如图所示，大玻璃泡A内有一定量的气体，与A相连的B管插在水银槽中，管内水银面的高度x可反映泡内气体的温度，即环境温度，把B管水银面的高度转化成温度的刻度值。当教室温度为27 ℃时，B管内水银面的高度为16 cm。B管的体积与大玻璃泡A的体积相比可忽略不计，则以下说法正确的是(　　) A．该测温装置利用了气体的等压变化的规律 B．B管上所刻的温度数值上高下低 C．B管内水银面的高度为22 cm时，教室的温度为－3 ℃ D．若把这个已经刻好温度值的装置移到高山上，测出的温度比实际偏低 答案　C 解析　该测温装置利用了气体的等容变化的规律，故A错误；当教室温度为27 ℃时，热力学温度为T1＝273 K＋27 ℃＝300 K，玻璃泡A内气体的压强为p1＝76 cmHg－16 cmHg＝60 cmHg，当热力学温度变为T2时，设此时B管内水银面的高度为x，水银密度为ρ，此时A内气体压强为p2＝76 cmHg－ρgx，根据查理定律有＝，可得ρgx＝76 cmHg－p1，可知温度越高x越小，则B管上所刻的温度数值上低下高，当x＝22 cm时，解得T2＝270 K，即t2＝270 K－273 K＝－3 ℃，故B错误，C正确；若把这个已经刻好温度值的装置移到高山上，此时大气压强比一个标准大气压小，则温度不变时压强p2不变，由p2＝p大气压－ρgx知x变小，导致测出的温度比实际偏高，故D错误。 4．某个开着窗户的房间，温度由8 ℃升高到24 ℃，取T＝t＋273 K，则室内空气质量变化的情况是(　　) A．减少了 B．减少到 C．减少了 D．减少到 答案　C 解析　室内空气压强不变，设房间容积为V，对原房间内气体，温度由8 ℃升高到24 ℃，气体体积变为V′，由盖—吕萨克定律得＝，即V′＝V，ΔV＝V′－V＝V，则＝，故质量减少了，C正确。 5．如图所示，两端开口的U形管粗细均匀且内径大小不计，左、右两管竖直，底部的直管水平，水银柱的长度如图中标注所示，水平管内两段空气柱a、b的长度分别为10 cm、5 cm。现保持气体温度不变，在左管内缓慢注入一定量的水银，使得稳定后右管的水银面比原来高h＝10 cm，已知大气压强p0＝76 cmHg。下列说法正确的是(　　) A．末状态b空气柱的长度为3 cm B．末状态a空气柱的长度为7 cm C．a空气柱能进入竖直管 D．向左管注入的水银柱长度为21.5 cm 答案　D 解析　在左管内缓慢注入一定量的水银，使得稳定后右管的水银面比原来高h＝10 cm，由于h＝10 cm<12 cm，可知a、b空气柱都仍在水平管内，故C错误；初状态a、b空气柱的压强均为p1＝(76＋14) cmHg＝90 cmHg，末状态a、b空气柱的压强均为p2＝(76＋14＋10) cmHg＝100 cmHg，设初状态和末状态a、b空气柱的长度分别为La1、Lb1和La2、Lb2，U形管的横截面积为S，对a、b空气柱，根据玻意耳定律，得p1La1S＝p2La2S，p1Lb1S＝p2Lb2S，代入数据得La2＝9 cm，Lb2＝4.5 cm，设左管注入的水银柱长度为L，则L＝2h＋(La1－La2)＋(Lb1－Lb2)＝21.5 cm，故A、B错误，D正确。 6.如图所示，一根上细下粗、粗端与细端都粗细均匀的玻璃管上端开口、下端封闭，上端足够长，下端(粗端)中间有一段水银封闭了一定质量的理想气体。现对气体缓慢加热，气体温度不断升高，水银柱上升，则被封闭气体体积和热力学温度的关系最接近哪个图像(　　) 答案　A 解析　对气体缓慢加热的过程中，水银柱缓慢上升，始终处于平衡状态。刚开始，水银柱完全处在下端，气体的压强p1＝p0＋ρgh1保持不变，气体经历等压变化，此时V­T图像是正比例函数图像，图像的斜率k1∝；最终水银柱将完全处在上端，同理，此时气体的压强p2＝p0＋ρgh2保持不变，气体经历等压变化，此时V­T图像是正比例函数图像，图像的斜率k2∝，显然，h1<h2，p1<p2，所以k1>k2，B、C错误；在水银柱经过粗细交接部位时，水银柱的长度由h1逐渐增大到h2，气体的压强也由p1逐渐增大到p2，气体的体积和温度也均在变化，显然，该过程不是等容过程，D错误，A正确。 7.如图所示，一粗细均匀的U形管竖直放置，A侧上端封闭，B侧上端与大气相通，下端开口处开关K关闭；A侧空气柱的长度为l＝20 cm，B侧水银面比A侧的高h＝15 cm。现将开关K打开，从U形管中放出部分水银，当两侧水银面一样高时将开关K关闭；再缓慢加热A侧空气柱，最终B侧水银面比A侧的高h3＝5 cm。已知大气压强p0＝75 cmHg，环境温度为27 ℃且不变。则下列说法正确的是(　　) A．初始状态，A侧气体压强为60 cmHg B．放出部分水银后K关闭时，A侧空气柱长度为20 cm C．开关K打开时，放出的水银在管内的长度为19 cm D．A侧空气柱最终温度约为80 ℃ 答案　D 解析　设水银密度为ρ，初始状态，A侧气体压强为p1＝p0＋ρgh＝90 cmHg，A错误；放出部分水银后K关闭，两侧水银面一样高，此时A侧气体压强为p0，设U形管的横截面积为S，根据玻意耳定律得p1lS＝p0l2S，解得A侧空气柱长度l2＝24 cm，B错误；开关K打开时，放出的水银在管内的长度为Δh＝2(l2－l)＋h＝23 cm，C错误；最终A侧气体压强为p3＝p0＋ρgh3＝80 cmHg，由几何关系知，A侧气体长度为l3＝l2＋＝26.5 cm，根据理想气体状态方程得＝，解得t3≈80 ℃，即A侧空气柱最终温度约为80 ℃，D正确。 8.气压式升降椅通过汽缸上下运动来控制椅子升降，汽缸与椅面固定连接，柱状气动杆与底座固定连接。可自由移动的汽缸与气动杆之间封闭一定质量的理想气体，初态如图所示，汽缸气密性、导热性良好，忽略与气动杆之间的摩擦，若一个人坐在椅子上，气体最终达到稳定状态，与初态相比(　　) A．气体的温度降低 B．气体的压强增大 C．所有气体分子的运动速率均减小 D．气体分子单位时间内与缸壁单位面积碰撞的次数增加 答案　BD 解析　因为汽缸导热性良好，故密封气体温度不变，故A错误；设初始状态与最终状态气体的压强分别为p1、p2，大气压为p0，椅面与汽缸的总质量为m，人的质量为M，汽缸内横截面积为S，则p0S＋mg＝p1S，p0S＋mg＋Mg＝p2S，可知p2>p1，故B正确；密封气体温度不变，分子平均运动速率不变，则不可能所有气体分子的运动速率都减小，故C错误；气体温度不变，压强增大，则体积减小，所以分子数密度增大，而气体分子平均速率不变，则气体分子单位时间内与缸壁单位面积碰撞的次数增加，故D正确。 9．质量为M、半径为R的圆柱形汽缸(上端有卡扣)用活塞封闭一定质量的理想气体，如图甲所示，活塞用细线连接并将整体悬挂在足够高的天花板上。初始时封闭气体的热力学温度为T0，活塞与容器上、下部的距离分别为h和2h，现让封闭气体的温度缓慢升高，气体从初始状态A经状态B到达状态C，其p­V图像如图乙所示，已知外界大气压恒为p0，点O、A、C共线，活塞气密性良好，重力加速度大小为g。则理想气体在状态(　　) A．B的热力学温度为2T0 B．B的压强为p0－ C．C的压强为－ D．C的热力学温度为 答案　BD 解析　由图乙知，A到B为等压变化，B到C为等容变化，则结合图甲情形分析可知，状态B时活塞恰好处于卡扣处。理想气体从状态A到状态B为等压变化，有＝，解得TB＝T0，A错误；状态B时，对汽缸由平衡条件有Mg＋pBπR2＝p0πR2，解得pB＝p0－，B正确；由O、A、C共线得＝＝＝，解得pC＝pA＝pB＝－，C错误；理想气体从状态B到状态C为等容变化，有＝，解得TC＝TB＝T0，D正确。 10．某同学设计了一个测定水深的深度计，其结构如图所示，导热性能良好的圆柱形汽缸Ⅰ、Ⅱ内半径分别为r和2r，长度均为L，一细管连通两汽缸，内部分别有轻质薄活塞A、B，活塞密封性良好且可无摩擦左右滑动，汽缸Ⅰ左端开口。外界大气压强为p0，开始时A、B均位于汽缸最左端，汽缸Ⅰ内通过A封有压强为p0的气体，汽缸Ⅱ内通过B封有压强为3p0的气体，该装置放入水下后，通过A向右移动的距离可测定水的深度。已知p0相当于10 m高的水产生的压强，不计水温随深度的变化，被封闭气体视为理想气体。下列说法正确的是(　　) A．当活塞A向右移动时，水的深度h＝5 m B．此深度计能测的最大深度h＝22.5 m C．若要测量的最大水深h＝25 m，可以只将开始时汽缸Ⅰ内通过A所封气体的压强改为p＝2p0 D．若要测量的最大水深h＝50 m，可以只将开始时汽缸Ⅱ内通过B所封气体的压强改为p＝5.75p0 答案　BCD 解析　当活塞A向右移动时，假设活塞B不动，对汽缸Ⅰ中的气体，根据玻意耳定律有p0Lπr2＝p1πr2，解得汽缸Ⅰ中封闭气体的压强变为p1＝2p0<3p0，可知假设成立，则水产生的压强为p1－p0＝p0，由于p0相当于10 m高的水产生的压强，可知水的深度为10 m，故A错误；根据图示分析可知，当活塞A恰好到达汽缸Ⅰ内最右侧，但与右侧没有挤压时，能够测量的水最深，设此时活塞B向右移动的距离为x，活塞B左右两侧的气体压强相等，设为p2，对活塞B左侧气体有p0Lπr2＝p2xπ(2r)2，对活塞B右侧气体有3p0Lπ(2r)2＝p2(L－x)π(2r)2，解得x＝，p2＝p0，则水产生的压强为p2－p0＝p0，由于p0相当于10 m高的水产生的压强，可知此深度计能测的最大深度为×10 m＝22.5 m，故B正确；若要测量的最大水深h＝25 m，则该深度水的压强为2.5p0，此时活塞A恰好到达汽缸Ⅰ内最右侧，封闭气体压强为p3＝p0＋2.5p0＝3.5p0，设置于水中之前，汽缸Ⅰ内通过A所封气体的压强为p，位于最大水深h＝25 m处，活塞B向右移动的距离为x′，根据玻意耳定律对活塞B左侧气体有pLπr2＝p3x′π(2r)2，对活塞B右侧气体有3p0Lπ·(2r)2＝p3(L－x′)π(2r)2，解得p＝2p0，故C正确；若要测量的最大水深h＝50 m，则该深度水的压强为5p0，此时活塞A恰好到达汽缸Ⅰ内最右侧，气体压强为p4＝p0＋5p0＝6p0，设置于水中之前，汽缸Ⅱ内通过B所封气体的压强为p′，位于最大水深h＝50 m处，活塞B向右移动的距离为x″，对活塞B左侧气体有p0Lπr2＝p4x″π(2r)2，解得x″＝，对活塞B右侧气体有p′Lπ(2r)2＝p4(L－x″)π(2r)2，解得p′＝5.75p0，故D正确。 第Ⅱ卷(非选择题，共50分) 二、填空与实验题(本题共2小题，共12分) 11．(4分)如图为一种测定“肺活量”(标准大气压下人一次呼出气体的体积)的装置，A为开口薄壁圆筒，排尽其中的空气，倒扣在水中，测量时，被测者尽力吸足空气，再通过B管用力将气体吹入A中，使A浮起，设整个过程中呼出气体的温度保持不变。 (1)呼出气体的分子热运动的平均速率________(选填“增大”“减小”或“不变”)。 (2)设圆筒A的横截面积为S，大气压强为p0(即标准大气压)，水的密度为ρ，桶底浮出水面的高度为h，桶内外水面的高度差为Δh，重力加速度为g，则被测者的“肺活量”，即V0＝________________。 答案　(1)不变　(2) 解析　(1)温度是分子热运动的平均动能的标志，由于气体温度不变，所以分子热运动的平均动能不变，则分子热运动的平均速率不变。 (2)设A中气体压强为p，该部分气体在标准大气压下的体积为V0，整个过程中温度不变，由玻意耳定律可得p0V0＝pV，即p0V0＝(p0＋ρgΔh)·(h＋Δh)S，则被测者的肺活量V0＝。 12．(8分)“用DIS研究在温度不变时，一定质量气体压强与体积关系”的实验装置如图所示。 (1)保持温度不变，封闭气体的压强p用________传感器测量，体积V由注射器刻度读出。 (2)实验中在活塞上均匀涂抹润滑油主要作用是____________________________________。 (3)某次实验中，数据表格内第2次～第8次压强没有点击记录，但其他操作规范。根据表格中第1次和第9次数据，推测出第7次的压强p7，其最接近的值是________。 次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 压强p/kPa 100.1 p7 179.9 体积V/cm3 18 17 16 15 14 13 12 11 10 A.128.5 kPa B．138.4 kPa C．149.9 kPa D．163.7 kPa (4)若考虑到连接注射器与传感器的软管内气体体积V0不可忽略，从理论上讲p­图像可能接近下列哪个图？________。 答案　(1)压强 (2)增强气密性，保证封闭气体的质量不变 (3)C　(4)D 解析　(1)根据实验目的，结合题图实验装置可知，在保持温度不变的情况下，用压强传感器测量气体的压强。 (2)实验操作中，活塞上均匀涂抹润滑油，主要是为了增强气密性，从而保证封闭气体的质量不变。 (3)根据第1次和第9次数据，可知压强和体积的乘积近似不变，约为1800 kPa·cm3，则p7近似为＝150 kPa，故选C。 (4)若考虑到连接注射器与传感器的软管内气体体积V0不可忽略，则封闭气体的真实体积为V′＝V＋V0，理论上有p(V＋V0)＝C(C为常量)，解得p＝，当V趋于无穷大即趋于0时，p＝≈，此时p­图像是一条过原点的倾斜直线，当V趋于0即趋于无穷大时，p＝≈，即p趋于恒定值，故D正确。 三、计算题(本题共3小题，共38分。解答中应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不给分) 13.(10分)工业测量中，常用充气的方法较精确地测量特殊容器的容积和检测密封性能。为测量某空香水瓶的容积，将该瓶与一带活塞的汽缸相连，汽缸和香水瓶内气体压强均为p0，汽缸内封闭气体体积为V0，推动活塞将汽缸内所有气体缓慢推入瓶中，测得此时瓶中气体压强为p，香水瓶导热性良好，环境温度保持不变。 (1)求香水瓶容积V； (2)将该空香水瓶封装并静置较长一段时间，发现瓶内气体温度从T升高到1.2T，其压强由p变为1.16p，通过计算判断该瓶密封性能是否良好。 答案　(1)　(2)密封性能不好 解析　(1)推动活塞将汽缸内所有气体缓慢推入瓶中的过程中，由玻意耳定律可得 p0(V0＋V)＝pV 解得V＝。 (2)温度由T升高到1.2T，压强由p变为1.16p，设原来瓶内气体在1.2T、1.16p下的体积为V1，根据理想气体状态方程有 ＝ 解得V1＝V＞V 可知漏气，故该瓶密封性能不好。 14．(12分)三亚至漠河约5000 km，冬季南北温差巨大。旅行爱好者自驾从三亚出发至漠河。假设汽车一个轮胎内封闭一定质量的气体，出发时轮胎气体温度为T1，内部气体压强为p1，到达漠河时轮胎气体温度为T2，轮胎内封闭气体体积为V，不考虑漏气和轮胎体积变化。 (1)求汽车到达漠河时轮胎内气体的压强p2； (2)为给轮胎补气，气泵工作一个周期可将室外压强为p0(p0<p2)、体积为ΔV的气体充入轮胎，为使轮胎内气体压强恢复为p1，假设打气过程中轮胎内的气体温度不变，求气泵工作的周期个数。 答案　(1)　(2) 解析　(1)轮胎内气体经历等容变化过程，由查理定律得＝ 解得p2＝。 (2)设气泵工作周期数为N，充气完毕后，轮胎内原气体所占体积为V1，充入的气体所占体积为V2。充气过程为等温变化，由玻意耳定律得p2V＝p1V1，Np0ΔV＝p1V2 又V1＋V2＝V 联立解得N＝。 15．(16分)如图，两汽缸A、B粗细均匀、等高且内壁光滑，其下部由体积可忽略的细管连通；A的直径是B的2倍，A上端封闭，B上端与大气连通；两汽缸除A顶部导热外，其余部分均绝热。两汽缸中各有一厚度可忽略的绝热轻活塞a、b，活塞下方充有氮气，活塞a上方充有氧气。当大气压为p0、外界和汽缸内气体温度均为7 ℃且平衡时，活塞a离汽缸顶的距离是汽缸高度的，活塞b在汽缸正中间。取T＝t＋273 K。 (1)现通过电阻丝缓慢加热氮气，当活塞b恰好升至顶部时，求氮气的温度； (2)继续缓慢加热，使活塞a上升。当活塞a上升的距离是汽缸高度的时，求氧气的压强。 答案　(1)320 K　(2)p0 解析　(1)活塞b升至顶部的过程中，活塞a、b下方的氮气压强始终与大气压相等，经历等压过程。设汽缸A的容积为V0，氮气初态体积为V1，温度为T1；末态体积为V2，温度为T2。按题意，汽缸B的容积为。以封闭的氮气为研究对象，由题给数据和盖—吕萨克定律有 V1＝V0＋×＝V0 V2＝V0＋V0＝V0 ＝ 联立以上各式并代入题给数据得T2＝320 K。 (2)活塞b升至顶部后，由于继续缓慢加热，活塞a开始向上移动，直至活塞上升的距离是汽缸高度的时，活塞a上方的氧气经历等温过程。设氧气初态体积为V1′，压强为p1′；末态体积为V2′，压强为p2′。以封闭的氧气为研究对象，由题给数据和玻意耳定律有 V1′＝V0，p1′＝p0，V2′＝V0 p1′V1′＝p2′V2′ 联立可得p2′＝p0。 12 学科网（北京）股份有限公司 $$